JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 4, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271
1
EVALUASI FIRE PROTECTION SYSTEM PADA FUEL SUPPLY SYSTEM, UTILITY WORK MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT (STUDY KASUS PT.PERTAMINA DPPU JUANDA Bagus Faisal Darma’Arif dan Wawan Aries Widodo Laboratorium Mekanika dan Mesin Fluida Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected] PT. Pertamina DPPU Juanda (Depo Pengisian Pesawat Udara) adalah perusahaan BUMN yang menyediakan bahan bakar untuk pesawat pada bandara International Juanda Surabaya. Bahan bakar yang disimpan pada DPPU ini adalah Avtur jet-1(aviation turbin) . Jenis bahan bakar ini memiliki titi a ar pa a 38 C , sehingga menjadikan bahan bakar ini termasuk type bahan bakar yang mudah terbakar. Sistem proteksi kebakaran harus selalu berfungsi dan siap digunakan dalam waktu 24 jam. NFPA (National Fire Protection Ascociation) adalah standar yang digunakan pada pembangunan DPPU juanda. NFPA menyebutkan komponen sistem pemadam kebakran pada umumnya terdiri dari pompa, pipa, hydrant, nozlle dan tangki pemadam. DPPU Juanda memiliki 4 buah tangki timbun dengan kapasitas 2000kL setiap tangki. Dalam beberapa bulan mendatang akan dibangun 4 tangki timbun baru dengan kapasitas yang sama dengan tangki sebelumnya yaitu 2000kL setiap tangki. Evaluasi ulang sistem pemadam dilakukan karena sistem pemadam sebelumnya adalah sistem yang digunakan untuk melayani 4 tangki timbun. Dalam melakukan perancangan ini digunakan software pipeflow expert. Sistem pemadam kebakaran yang baru memiliki 22 hydrant, dimana kapasitas yang digunakan adalah kapasitas minimum menurut NFPA Standard 250 gpm, sedangkan sprinkler 12 gpm. Pompa yang digunakan adalah pompa yang sudah terpasang sebelumnya dengan kapasistas 305 m3/jam. Dari hasil evaluasi ini didapatkan dalam kondisi existing pompa pemadam, hydrant pipa 45 adalah sebesar 9.8 bar. Daya pompa yang dihasilkan sebesar 177.35 kW dengan head pompa 79.979 m. Dengan penambahan 4 buah tangki timbun sehingga total menjadi 8 tangki timbun. Dengan menggunakan 1 pompa pemadam tekanan pada titik terjauh yaitu pipa no 45 adalah 3.2 bar. Pemasangan pompa parallel untuk proses pemadaman pada 8 tangki timbun menghasilkan tekanan keluaran hydrant pada pipa 47 adalah sebesar 4.9869 bar. Daya pompa yang dihasilkan sebesar 177.06 kW dengan head pompa 79.337 m. Tekanan operasi minimum yang dihasilkan hydrant adalah sebesar 4.5-6.9 bar NFPA standard 14. kata kunci : hydrant,sprinkle,tangki timbun,pompa pemadam I. PENDAHULUAN
Terminal Juanda 2 adalah salah satu terminal milik PT. Angkasa Pura yang mulai beroperasi 14 Februari 2014. Pembangunan Terminal Juanda 2 ini dikarenakan sudah terjadi kelebihan kapasitas pada terminal 1. Terminal 1 yang memiliki kapasitas 6 JPT (juta penumpang pertahun), telah mengalami over capacity dengan total 17,662,593 penumpang di tahun 2013 dengan peningkatan 15 % selama tahun 2009-2013, Pemanfaatan kembali terminal lama Bandara Juanda
(Terminal 2) bertujuan untuk mengurangi kelebihan kapasitas pada terminal 1 Juanda. Peningkatan jumlah penunmpang ini berpengaruh terhadap banyaknya pesawat yang transit pada bandara Juanda. Kebutuhan bahan bakar pesawat juga semakin meningkat seiring dengan banyaknya pesawat yang transit. Depo pengisian pesawat udara (DPPU) Juanda Surabaya adalah perusahaan yang menyediakan jasa pengisian bahan bakar pesawat udara pada bandara Juanda. DPPU Juanda memiliki 4 buah tangki timbun dengan kapasitas 2000 kL setiap tangki. Bahan bakar yang disimpan dalam tangki timbun adalah jenis avtur jet-A1 (aviation turbin jet-A1) yang memiliki titik bakar r n ah yaitu 38 C. Jumlah tangki timbun yang sudah terpasang adalah 4 buah dirasa kurang cukup untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar yang semakin meningkat, sehingga dalam jangka waktu beberapa bulan ke depan akan dibangun 4 buah tangki timbun baru dengan kapasitas masing-masing tangki sama dengan tangki sebelumnya yaitu 2000kL setiap tangki. Avtur jet-A1 (aviation turbin) adalah jenis bahan bakar yang mudah terbakar dengan flash point hanya 38⁰ C. Bahaya kebakaran adalah bahaya yang paling dekat dengan tangki-tangki penyimpanan ini. Sistem proteksi pemadam kebakaran harus siap dalam waktu 24jam. Komponen sistem pemadam kebakaran harus lengkap,dan sesuai dengan standart yang digunakan. NFPA (National Fire Protection Association) adalah standard yang digunakan untuk perancangan sistem pemadam kebakaran. Menurut NFPA standard komponen pemadam yang harus terpasang diantaranya pompa (NFPA 20) , hydrant (NFPA 14), sprinkle (NFPA 13), hose dan nozzle ( NFPA1962). Tujuan dari penelitian ini adalah mengevaluasi sistem pemadam kebakaran pada kondisi existing apakah sistem ini mampu memadamkan api selama minimal 30 menit (NFPA standard 20). Mengevaluasi sistem pemadam kebkaran dengan penambahan 4 tangki timbun baru sehingga total menjadi 8 tangki timbun dengan menggunakan 1 pompa pemadam, jika tekanan yang dibutuhkan tidak mencukupi maka akan ditambah 1 pompa baru dengan kapasitas yang sama dengan pompa existing kemudian di-install secara parallel.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 4, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271 II. TINJAUAN PUSTAKA
A. SISTEM PEMADAM KEBAKARAN 1. Sprinkler Menurut NFPA standard 13 Kapasitas air pemadam kebakaran yang dialirkan oleh sprinkler sebesar 13 gpm dan semua sprinkler bekerja pada tekanan kerja minimum sebesar 0.5 bar. 2. Hydrant . Hydrant biasanya bekerja dengan tekanan operasi 4.5 - 6.9 bar. Kapasitas air yang dapat dialirkan oleh hydrant pilar bisa mencapai 250gpm (NFPA14). 3. Hose & Nozzle NFPA standard 1962 menyebutkan bahwa hose harus terbuat dari bahan yang non collapsible, artinya bahan yang tidak mudah hancur,dan lentur. Bagian luar dari hose dilengkapi dengan jacket yang disebut dengan covered hose, yang digunakan untuk melindungi hose jika terkena api. Nozzle adalah bagian ujung dari hose yang digunakan untuk mengatur debit air yang keluar. Terdapat dua nozzle yang biasa digunakan dalam sistem pemadam kebakaran, yaitu nozzle type jet dan spray. 4. Tangki Pemadam Kebakaran Tangki pemadam ada dua yaitu tangki untuk menyimpan fresh water dan tangki untuk menyimpan foam. kedua tangki ini saling terhubung dengan sistem perpipaan. Ukuran dari tangki foam lebih kecil dari pada tangki fresh water karena foam dalam proses pemadaman hanya dibutuhkan sekitar kurang lebih 3 % (NFPA11) 5. Foam Concentrate Foam concentrate adalah campuran yang digunakan untuk memadamkan api tersebut. Foam concentrate berupa cairan kimia yang digunakan untuk memadamkan api pada minyak. B. POMPA SERI DAN PARALLEL Pemasangan pompa secara parallel bisa digunakan, saat pompa bantu siap untuk digunakan, artinya dengan dua pompa, 2 discharge yang kemudian dihubungkan oleh pipa menjadi 1 discharge, maka akan mengahasilkan jumlah debit yang besar. Pompa pemasangan secara seri pada pompa 1 sisi discharge akan masuk pada pompa yang lain, kemudian ditingkatkan tekananya. Pada pompa pemasangan secara seri digunakan untuk meningkatkan head.
Gambar 1. Pemasangan pompa seri dan parallel (sumber : www.centrifugalpump.com)
2
C. Aliran Dalam Pipa .
Gambar 2. Rangkaian sistem perpipaan
Dimana : = berat jenis fluida
(
)
= headloss total (m) = head loss mayor (m) + head loss minor (m) = = = tekanan fluida pada titik 1 & 2 pada kondisi absolut (N/ ) =kecepatan rata – rata padaa titik 2 (m/s) = kecepatan rata – rata pada instalasi perpipaan (m/s) & = elevasi antara titik 1 dan 2 (m) = head pompa (m) D. KERUGIAN DALAM PIPA 1. Mayor Losses Kerugian yang dialami pipa berdasarkan panjang pipa yang terinstalasi. bisa dihitung dengan rumus : hL = dimana ; f = koeffisien gesek pipa
L = panjang pipa (m) D = diameter pipa (m) = kecepatan rata-rata dalam pipa (m/s) = percepatan gravitasi (m/s2) Nilai kekasaran pipa bisa dilihat pada table dibawah ini : Table 1. Nilai kekasaran pipa (sumber : Introduction to Fluid Mechanics)
2. Minor Losses
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 4, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271
kerugian yang diakibatkan asesoris pada sistem perpipaan disebut dengan head loss minor. Head loss minor dirumuskan sebagai berikut : Hlm = K K adalah nilai koefisien berdasarkan asesoris dari sistem perpipaan tesebut,bisa dilihat pada table dibawah ini ; Tabel 2. Koefisien acesoris pipa hazen williams Fitting Valves Globe, fully Open Angle, Fully Open Gate, Fully Open Gate, 1/4 Closed Gate, 1/2 Closed Gate, 3/4 Closed Swing check, forward flow
K
10 2 0.15 0.26 2.1 17
Fitting Ellbows Regullar 90⁰, flanged Regullar 90⁰, treaded Long radius 90⁰, flanged Long radius 90⁰, treatded Long radius 45⁰, treatded regullar 45⁰, treatded
K
0.3 1.5 0.2 0.7
Fitting Tees Line Flow, Flanged Line Flow, treatded Branch Flow, Flanged Branch Flow, Treatded
K
0.2 0.9 1 2
0.2
3
Q=
AT
2. Foam Monitor System foam monitor sistem yaitu sama dengan foam portable sistem, yang membedakan dari kedua sistem ini adalah untuk foam monitor sistem nozzle tidak dapat dipindahkan atau fixed sistem,sedangkan pada foam portable sistem nozzle dapat dipindahkan. Untuk mendapatkan kebutuhan kapasitas air yangdibutuhkan dapat digunakan rumus sebagai berikut : x D x 8.42 3. Sprill fire protection Sprill fire protection adalah sebuah sistem yang digunakan apabila ada kebakran yang terjadi akibat dari cairan dari tangki timbun yang tumpah.untuk menghitung kebutuhan kapasitas air digunakan rumus sebagai berikut :
0.4
2
Tabel 3. Koefisien minor losses untuk pipa masuk (sumber : Introduction to Fluid Mechanics)
4. Cooling system Sistem ini digunakan untuk mendinginkan tangki yang berada pada sekitar tangki timbun yang terbakar, hal ini dimaksudkan supaya panas yang ditimbulkan oleh tangki timbun yang terbakar tidak mengakibatkan fluida yang ada di dalam tangki timbun disekitarnya menjadi terbakar. Perhitungan kapasitas yang dibuthkan bisa menggunakan rumus sebagai berikut xD F. DAYA POMPA 1. Daya Air (WHP) Water horse power adalah besarnya daya yang diterima fluida ketika keluar dari discharge pompa. Nilai WHP dihitung dengan perumusan sebagai berikut : WHP = Dimana : WHP : water horse Power (kW) : berat jenis fluida (N/m3) Q : kapasitas aliran (m3/s) H : head pompa (m)
Gambar 3. Koefisien minor losses untuk pembesaran dan pengecilan pipa (sumber : Introduction to Fluid Mechanics) E. KEBUTUHAN AIR UNTUK TANGKI PEMADAM
2. Daya Poros Pompa (BHP) Brake horse power adalah besarnya daya pompa yang diperlukan untuk menggerakan poros pompa. Nilai BHP dapat dihitung dengan menggunakan perumusan sebagai berikut : BHP =
Kapasitas air yang diperlukan untuk memadamkan tangki timbun (NFPA 11).
Dimana : BHP 𝛈
1. Foam portable system Foam portable system adalah sistem pemadam dengan menggunakn nozzle/hose yang dapat berpindah – pindah. Berdasarkan NFPA 11 untuk foam protection mempunyai kebutuhan kapasitas yang berbeda – beda, hal ini berdasarkan dengan kapasitas tangki timbun. Kapasitas air untuk Titik jangkauan terjauh untuk portable system ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus dibawah ini :
3. NPSHA (Net Positive Suuction Head Available) NPSHA (net positive suction head) adalah kebutuhan minimum pompa untuk bekerja secara normal. NPSH = Hpa - Hss – Hvp – Hlf Dimana : Hpa : atmospheric head Hss : head suction statis Hvp : vapor head fluida
: Brake horse power (kW) : efisiensi pompa
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 4, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271
Hlf
: friction head
4. Net Positif Suction Head Requarement (NPSHR) Pada umumnya NPSHR mempunyai nilai yang tercantum pada pompa.
BAB III METODOLOGI A. LOKASI DPPU JUANDA
4
Pembuatan model instalasi sesuai desain yang telah dirancang untuk sistem pemadaman pada tangki timbun pada PT.Pertamina DPPU Juanda. Pemberian (pengaturan) ukuran harga properties instalasi seperti diameter (D), panjang pipa (L), serta elevasi lengkap dengan satuanya. Pemberian (pengaturan) aksesoris instalasi sistem pemadam kebakaran seperti valve, fitting, reducer, dan lain-lain. Beserta harga K dari tiap-tiap aksesoris tersebut. Pemberian (pengaturan) sejumlah komponen kapasitas dan tekanan dari masing-masing alat pemadam, beserta harga kebutuhan dari kapasitas tekanan alat pemadam tersebut. Pemberian (pengaturan komponen pompa lengkap dengan kapasitas yang dialirkan dan putaran pompa (rpm) dan sebagainya.
Gambar 4. Lokasi tangki timbun Tabel 4. Dimensi dan kapasitas tangki timbun ukuran kode
nama
T 01
kapasitas Safe (kL) 2389
Dst (kL) 198
D(m)
T(m)
Tangki Timbun 1
17.4
105
full (kL) 2482
T 02
Tangki Timbun 2
17.4
105
2414
2393
201
T 03
Tangki Timbun 3
17.4
105
2416
2395
203
T 04
Tangki Timbun 4
17.4
105
2408
2389
198
T 05
Tangki Timbun 5
17.4
105
2416
2395
204
T 06
Tangki Timbun 6
17.4
105
2415
2396
201
T 07
Tangki Timbun 7
17.4
105
2420
2394
202
T 08
Tangki Timbun 8
17.4
105
2461
2397
203
T 701
tangki pemadam
9.8
10.8
700
D 701
tangki foam
1.2
2.2
2
B1
Loading sistem
B2
Workshop
B3
Genset room
B4
Office.
B5
Office
P 07
Pompa Pemadam
H 1 - 11
Hydrant Pillar
Berdasarkan standar operasional prosedur untuk kondisi existing system asumsi tangki yang terbakar adalah 2 tangki yaitu tangki 03 dan 04. Hydrant yang digunakan adalah 2 hydrant fresh water untuk mendinginkan tangki timbun dan 3 hydrant foam untuk memadamkan api. Pada kondisi 8 tangki timbun, asumsi tangki terbakar adalah tangki 3, 4, 6, 7. Hydrat fresh water yang digunkan sejumlah 4 buah, sedangkan hydrant foam sejumlah 6 buah. Sprinkler pada tangki timbun yang terbakar tidak bisa digunakan karena ikut terbakar. B. PIPE FLOW EXPERT Software pipe flow expert digunakan untuk checking harga head pompa,head loss, daya pompa, dsb berikut langkah-langkahnya :
Gambar 5. Permodelan sistem perpipaan pada software pipe flow expert BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN A. SISTEM PERPIPAAN PADA PIPE FLOW EXPERT 1. Ilustrasi Sistem Perpipaan Pada Pipe Flow Expert Dalam permodelan pada software pipe flow expert akan terlebih dahulu dilakukan kalkulasi apakah software sudah sesuai dengan teori yang sudah ada. Berikut ini adalah permodelan sederhana pada software pipe flow expert.
Gambar 6. Contoh Permodelan Pada Software Pipe Flow Expert Table 5. Hasil dari software pipe flow expert Properties
Satuan
Pump
Flow Demand Velocity Friction Loss Fitting loss Pump Head NPSHa NPSHr Efficiency
m3/s m/s m m m m m %
0.0127 0.982 0.733 0.006 21.175 20.032 2.091 51
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 4, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271 Pump Power
kW
5.16
Dari hasil perhitungan secara manual akan dibandingkan dengan hasil software, dapata dilihat pada tabel dibawah ini : Table 6. Hasil perbandingan software dengan perhitungan manual
2.
Properties
Satuan
Debit Kecepatan aliran Head Loss
m3/s
Pipe Flow Expert 0.0127
m/s
0.98
0.984
m
0.736
0.738
Head Pompa
m
21.174
21.124
BHP
kW
5.164
5.16
NHPSa
m
20.032
20.057
Perhitungan 0.0127
5
Gambar 8. Hasil running software dari 8 tangki timbun dengan 1 pompa Dari hasil running yang dilakukan pada software pipe flow expert didapatkan tekanan pada titik terjauh yaitu pipa no 45 adalah 3.2 bar. NFPA standart menyebutkan bahwa tekanan operasi untuk hydrant pillar adalah 4.5-6.9 bar. Penurunan tekanan ini disebabkan karena pressure drop yang terjadi sepanjang aliran pipa menjadi semakin besar, sehingga jika terjadi penambahan 4 tangki timbun baru, pompa pemadam yang ada sekarang tidak dapat digunakan. Sehingga perlu dilakukan penggantian pompa baru dengan daya yang lebih besar, atau dengan menambahkan pompa baru kemudian dirangkai secara parallel.
Analisa Existing System
Gambar 7. Hasil running software pada existing sistem Tekanan pada titik terjauh adalah pada pipa no 45 yaitu hydrant, tekanan pada hydrant ini adalah sebesar 9.8 bar, hal ini sudah sesuai dengan dimana tekanan operasi hydrant pillar adalah sebesar 4.5-6.9 bar (NFPA 14). Daya pompa sebesar 107 kW dengan head pompa 95 sudah sesuai dengan spesifikasi pompa.
3. Analisa 8 Tangki Timbun Dengan 1 Pompa
4. Analisa 8 Tangki Timbun Dengan Menggunakan 2 Pompa Pemadam
Gambar 9. Hasil running software parallel pump dengan 8 tangki timbun Pada proses pemadaman 4 tangki timbun yang terbakar, jika menggunakan 1 pompa pemadam yang sudah terpasang sebelumnya, tekanan pada titik terjauh pipa yaitu pada pipa no 45 tidak memenuhi NFPA standart. Tekanan pada pipa 45 adalah 3.2 bar. NFPA standart menyebutkan bahwa tekanan operasi untuk hydrant pillar adalah 4.5-6.9 bar Penambahan pompa baru dilakukan untuk memenuhi kebutuhan tekanan pada ujung pipa, kemudian kedua pompa ini akan dirangkai secara parallel. Dari hasil yang didapat hydrant pada titik terjauh yaitu pipa no 47 mampu menghasilkan tekanan 8.9869 bar, hal ini sudah sesuai dengan NFPA Standart yaitu tekanan minimal yang bekerja pada hydrant adalah 4.4-6.9 bar. Daya pompa sebesar 215 kW dengan head pompa 95,21 sudah sesuai dengan spesifikasi pompa.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 4, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271
6
4.5-6.9 bar. Daya pompa yang dihasilkan sebesar 177.06 kW dengan head pompa 79.337 m. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis ucapakan terima kasih banyak kepada dosen penguji dan dosen pembahas yang telah memberikan kritik dan saran dalam proses pengerjaan Tugas Akhir ini, terutama kepada Ayah dan Ibu yang telah memberikan doa sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. DAFTAR PUSTAKA
Fox Ro rt W. an MC Donal Alan T : “ Intro uction to Flui M chanics”, Fiv E ition, John Will y an sons inc. , USA, 1994 BAB V KESIMPULAN A. Kesimpulan Berdasarkan ketiga analisa yang telah dilakukan, yaitu analisa existing system, kemudian penambahan 4 tangki timbun baru tetapi tetap menggunakan 1 pompa pemadam dibandingkan dengan penambahan pompa pemadam yang kemudian dirangkai secara parallel,dari hasil yang telah didapat dari software pipe flow expert, didapatkan beberapa kesimpulan diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Pada kondisi existing system tekanan yang dihasilkan pada titik terjauh yaitu hydrant pipa 45 adalah sebesar 9.8 bar hal ini sudah sesuai dengan NFPA standart, dimana tekanan operasi minimal yang dihasilkan hydrant pillar adalah sebesar 4.56.9 bar. Daya pompa yang dihasilkan sebesar 177.35 kW dengan head pompa 79.979 m. 2. Dari hasil running yang dilakukan pada software pipe flow expert penambahan 4 tangki timbun baru sehingga total menjadi 8 tangki timbun didapatkan tekanan pada titik terjauh yaitu pipa no 45 adalah 3.2 bar. Tekanan ini berada di bawah tekanan operasi minimum. NFPA standart menyebutkan bahwa tekanan operasi untuk hydrant pillar adalah 4.5-6.9 bar. 3. Pemasangan pompa parallel untuk pemadaman 8 tangki timbun menghasilkan tekanan keluaran hydrant pada pipa 45 adalah sebesar 4.9869 bar. Sesuai dengan NFPA standart, tekanan operasi minimum yang dihasilkan hydrant adalah sebesar
General Catalog Ebara Pump Europe , Ebara Coorporation NFPA 13 ; 2000. “ Stan ard for installation of Sprinkle Syst m”. Quincy : NFPA Han o Pu lication NFPA 14 ; 2000. “ Stan ard for installation of Stan pip , privat Hy rant, an Hos Syst m”. Quincy : NFPA Hand bokk Publication NFPA 30 ; 2000. “ Flamma l an Com usti l Liqui s Co ”. Quincy : NFPA Han o Pu lication NFPA 1962 ; 1998. “ Stan ard for the Care, Use, and Service T sting of Fir Hos Inclu ing Couplings an Nozzl s”. Quincy : NFPA Hand bokk Publication NFPA 11 ; 1998. “Stan ard for Low-Expansion Foam”. Quincy: NFPA Hand bokk Publication NFPA 20 ; 2007. “Stan ard for the Instalation of Stationary Pumps for Fir Prot ction”. Quincy: NFPA Hand bokk Publication www.pipeflow.co.uk, “pip flow xp rt”, Softwar . 2006 Kh tagurov, M. :”Marin Auxiliary Machin ry an Syst m “, Peace Publisher. Moscow
